单颗粒金刚石划擦脆硬材料的表面形貌影响因素研究

本文通过以材料、进给速度及切深为因素的正交实验研究加工工艺对磨削力的影响,了解其对表面形貌影响的显著性,并通过单颗磨粒在已有轨迹表面上以一定的间距重复划擦来了解复杂轨迹对表面形貌及切削力的影响。结果表明各个加工参数影响因素的主次排序为:材料>切深>进给速度,且重复轨迹划擦时表面形貌的变化与一次划擦不同,轨迹之间相互影响,在前一道大裂纹及破碎的影响下下一道轨迹的切削力急剧减小。

脆硬材料加工机理的研究

为了了解脆硬材料的加工性能,本文采用扫描电镜和高速摄影机对典型的脆硬材料:玻璃的磨削过程,静态、动态地进行了细致的观察和分析,提出了脆硬材料的磨削模型。该模型全面地反映出整个加工过程中所发生的现象,对脆硬材料的加工有指导意义。

脆硬材料研磨加工瞬态温度场有限元分析

以圆光栅玻璃为代表,建立了脆硬材料研磨加工三维瞬态温度/应力场有限元模型。在考虑了热传导、空气对流传热和热辐射的冷却作用以及工件和研磨盘的热流分配问题的条件下,研究了加工过程中,工件的转动情况对温度场分布及传递规律的影响,并对仿真结果进行了实验验证。研究结果表明:研磨加工时,摩擦热由工件与研磨盘接触面向两边以及底层传递;工件与研磨盘同向转动加工时,工件上的摩擦热由于没有在刚滑出区域堆积,分布得更加均匀;工件与研磨盘反向转动研磨加工产生的摩擦热要比同向转动加工时的要高。

脆硬材料的一次走刀镜面磨削技术

用一般方法进行镜面磨削，需要按顺序使用粒度不同的砂轮（由粗到细）进行多次磨削方能完成，因此加工周期长、成本高。本文介绍一种用金属结合剂微细金刚石砂轮一次走刀完成镜面加工的方法。进行玻璃、陶瓷之类脆性材料的镜面磨削，一般使用磨粒直径为几微米或更细的金刚石砂轮。此类砂轮虽然适宜于磨削镜面，但是磨除能力和耐磨性极差，因而镜面磨削一般需要经过图1（a）所示的粗磨→半精磨→精磨→镜面磨割等加工工艺，总加工时间较长，加工成本很高。所谓的一次走刀镜面磨削法就是将粗磨出的加工面变质层一次磨除，一举生成所需精度镜面的方法［图1（b）］。

固结磨料研磨在脆硬材料加工中的应用

固结磨料研磨是近年来应用于光学器件研磨的加工技术,不但大大提高了研磨效率,改善了研磨质量,同时还避免了研磨液中废弃磨料对环境的污染。文章介绍了近年来固结磨料研磨在难加工材料中的应用情况和成果,详细介绍了应用过程中针对的研磨材料特点、研磨抛光方法以及获得的表面质量技术数据等。

油气润滑在脆硬材料多线切割设备中的应用

针对半导体脆硬材料的切割加工成为多线切割设备发展的突出因素,通过与传统多线切割设备轴系比对分析,设计了适合碳化硅等脆硬材料切割加工设备轴系的油气润滑方式。通过实验比对得出使用油气润滑提升了多线切割设备的工艺优越性及精密性。

脆硬材料玻璃和陶瓷切割在数控铣床上的实现方法探索

探讨脆硬材料陶瓷和玻璃的非专用设备切割。针对切削参数、装夹方式、提供详尽实验数据和方法。设备采用教学型数控铣床,程序编制采用宏程序。

透明硬脆材料激光剥离关键问题研究(特邀)

透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al_(2)O_(3)、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。

硬脆材料超声辅助旋钻微孔加工参数优化分析

选择钢化玻璃为硬脆材料的代表,利用旋转超声技术对钢化玻璃进行表面加工测试,以此实现对超声辅助旋钻微孔加工参数优化,同时选择正交试验的方法选择最优参数条件。研究结果表明:影响微孔直径尺寸的因素按照重要性排列为加载力,超声功率,游离磨料尺寸大小。影响微孔深度的因素重要性顺序是超声功率、游离磨料大小与加载力。确定最优方案:加载力等于0.7N,游离磨料外径尺寸3μm,设置的超声功率比例等于70%。随着加载力提高后,以较低超声功率进行处理时,形成了尺寸很小的微孔直径,并且孔深度也明显缩短;当设置较低加载力与较高超声功率时,形成了更大深度微孔,同时直径也明显增加。该研究对提高硬脆材料的微孔质量以及加工效率具有很好的实际指导意义,易于推广应用。

硬脆材料孔加工损伤及抑制措施研究现状综述

硬脆材料自身的硬脆特性,导致在传统孔加工过程中容易出现孔口损伤、内孔表面缺陷和内孔亚表面损伤等缺陷。为针对性解决缺陷,对研究现状进行剖析。首先,从硬脆材料孔加工的材料去除机理和孔加工的工艺特性等方面进行梳理,分析当前孔加工产生缺陷的原因;其次提出抑制孔加工损伤的措施研究主要集中在孔口处增加辅助支撑、改进刀具结构以及优化工艺参数等方面;最后提出通过优化工艺参数和增加辅助支撑共同作用来提高硬脆材料孔加工质量。为提高硬脆材料的孔加工质量提供参考。

超声振动辅助下硬脆材料磨削划擦性能分析

以碳化硅陶瓷材料作为硬脆材料,设置不同划擦深度下的常规划擦方式与超声振动划擦方式测试。研究结果表明:设置超声辅助时发生了法向划擦力的大幅减小。将超声振幅提高到3.1μm时形成了比1.55μm更大程度的切向划擦力降幅。增大切入深度时,划擦力比持续升高,压头发生磨损会引起划擦力比的轻微降低。该研究有助于提高表面机加工效率,对进一步优化加工工艺起到一定的数据支撑意义。

硬脆材料超精密磨削技术研究进展综述

硬脆材料因其优异的物理与化学性质广泛应用于5G通讯、航空航天、电子电力等领域,高效率的超精密磨削技术是其加工流程中的重要一环。为了提高硬脆材料加工质量,需要对超精密磨削技术进行系统化的深入研究。本文从超精密磨削装备设计优化的角度出发,对自旋转磨削、双面磨削和磨抛一体化3种磨削方法的原理与机床设备进行了详细说明,介绍了超硬磨粒砂轮的制备、砂轮磨损检测与分析、砂轮修整技术的研究进展;从压痕/划痕实验、纳米磨削实验、模拟仿真分析3个角度对硬脆材料的磨削机理进行了深入探索;进一步总结了硬脆材料表面粗糙度及表面形貌、亚表面损伤、面形精度的控制方法。分析了硬脆材料超精密磨削的重点研究方向与发展趋势,为后续硬脆材料超精密磨削技术的研究提供了指导。

液体辅助激光加工硬脆材料及其应用

硬脆材料由于具有稳定的机械和化学性能、优良的光电特性等优势,在航空航天、光电工业等领域具有广泛的应用。激光加工由于具有高精度、高能量、非接触式加工等特点,是实现硬脆材料加工的理想技术。为了实现硬脆材料的去除加工,通常需要较高的激光能量,使得加工的结构精度较低,而且表面质量较差。本综述介绍了液体辅助激光加工技术在硬脆材料加工方面的研究进展,分别介绍了液相激光烧蚀、激光诱导背部湿法刻蚀和刻蚀辅助激光改性等三种液体辅助激光加工技术的原理,对比了各自的优势和不足,以及不同加工技术、辅助液体种类以及加工参数等对不同硬脆材料加工质量的影响,介绍了液体辅助激光加工技术目前主要的应用,最后,简要阐述了该技术存在的问题和未来的潜在发展。

硬脆材料的激光辅助磨削加工研究进展

硬脆材料具有良好的材料力学性能,广泛应用于众多工业领域。但由于其硬度高及脆性大,导致其在磨削加工过程中容易产生脆性断裂等缺陷。激光辅助磨削加工是解决硬脆材料加工中产生缺陷的一种有效加工方法,国内外学者对此开展了大量研究。现从激光辅助加工的作用、激光辅助磨削加工方法方面对国内外的研究现状进行综述,并对硬脆材料激光辅助磨削加工技术未来的发展趋势进行了展望。

国外硬脆材料的最新加工技术

本文主要介绍和分析国外两种最新的脆性材料加工技术，并希望能引起国内同行的注意和兴趣。

硬脆材料旋转超声加工技术的研究现状及展望

旋转超声加工是一种复合特种加工技术,它复合了传统超声加工和普通磨削加工的材料去除方式,在提高硬脆材料去除效率、减小切削力、提高加工精度和表面完整性等方面具有显著优势。自旋转超声加工技术发明至今,国内外学者开展了大量的有关旋转超声加工装备及工艺的研究工作,并且已在几乎所有主要的硬脆难加工材料中得到实际应用。本研究在简要概述旋转超声加工技术的基本原理和发展过程基础上,总结国内外学者在材料去除机理、工艺特性、加工新形式以及装备研发等几方面的主要研究成果,并对旋转超声加工技术的发展趋势及值得关注的问题进行展望。

硬脆材料塑性加工技术的研究现状

对硬脆材料塑性加工技术的国内外研究现状进行了综合评述,分别介绍了硬脆材料塑性加工的理论研究和硬脆材料塑性加工的主要方式,分析了目前研究中尚待解决的问题,并在此基础上提出了今后特别是近期应该开展的研究工作。